CN101137189B - 一种tdd通信系统中上行接入试探序列的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法及系统，方法为：在上行接入时隙窗口内对其接收到的当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行检测，并保存检测结果；将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消处理；对干扰抵消处理的结果进行联合判决，寻找出上行接入试探序列。系统包括：接收模块，检测模块，干扰抵消模块，联合判决模块及判决及测量模块。本发明有效地提高了在受到稳定干扰的情况下基站对上行接入试探序列的检测概率，从而使基站能够在存在明显干扰的情况下可靠地检测出上行接入试探序列并把干扰引起的影响降低到最小。

Description

一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种上行接入试探序列的检测方法，尤其涉及一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法及系统。

背景技术

在无线通信系统中，由于基站能够提供的业务信道数量有限，终端仅在需要通话时才能占用业务信道，一旦通话结束需要释放资源，因此，无线通信系统中呼叫建立和释放是必不可少的环节。无线通信系统呼叫建立的过程，一般是终端在特定的上行接入时隙窗口发送一个特定的上行接入试探序列，基站检测到该上行接入试探序列后与终端建立进一步的联系，因此，发送上行接入试探序列是建立呼叫的第一步。在每种无线通信系统中都定义了不同的上行接入时隙窗口，基站在上行接入时隙窗口内对接收到的信号做相关检测，通常相关检测采用匹配滤波检测实现，并且通过采用FFT运算来降低运算量。之后，基站根据检测结果判断是否接收到上行接入试探序列。此外，上行接入试探序列一般为一个或几个已知的特定序列，基站需要判断是否接收到上行接入试探序列，以及需要判断接收到的上行接入试探序列是哪一个。

在TDD通信系统中，终端上行接入的过程大致是：首先，终端在特定的上行接入时隙窗口内发送一个特定的上行接入试探序列；之后，基站在可能收到上行接入试探序列的上行接入时隙窗口内对其接收到的信号进行检测，当检测到上行接入试探序列时，基站在特定的下行信道向终端发送接入许可消息；此外，基站在检测到上行接入试探序列的同时，也可以了解上行终端的功率和同步等信息。通常在基站下发的接入许可消息中包括了对接入终端同步和功率控制的信息。

图1为一种公知的TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法的流程示意图。如图1所示，在TDD通信系统中，基站对上行接入试探序列的检测通常是：基站对在特定的上行接入时隙窗口内接收到的信号做滑动相关处理，即匹配滤波检测；之后，对检测到的相关峰做联合判决，确定是否接收到上行接入试探序列及上行接入试探序列的种类是什么。如图1所示，基站在每个上行帧的特定的上行接入时隙窗口检测上行接入试探序列。众所周知，不同的TDD通信系统中上行接入试探序列的数目不一定相同，可能有1个、8个或其他有限数目个。因此，基站需要分别针对每种可能在不同的位置做匹配滤波检测，然后对有限数目个匹配滤波检测的结果做联合判决，寻找出最可能的一个上行接入试探序列，同时测量这个上行接入试探序列的功率、相对理想同步点的偏移及其编号。此外，联合判决的策略可能是在几组检测结果组成的集合中寻找最大值，其中，该集合是由采用不同序列且在不同位置进行滑动相关检测的检测结果组成。在该联合判决中，仅当寻找到的最大值满足一定条件才认为最大值是终端发送的上行接入试探序列，而不是干扰或噪声。通常这一条件可能是最大值大于某一门限，或最大值与集合中所有检测结果的平均值之比大于某一门限。这样，联合判决所判定出的最大值所对应的相关序列就是最有可能的上行接入试探序列，且最大值所对应的同步点就是终端的实际同步点，此外通过最大值的峰值所对应数值可以计算出上行接入试探序列的功率。

当基站的上行接入时隙窗口存在较强烈的有规律信号干扰时，会导致上行接入试探序列受到干扰，使基站对终端的上行接入请求检测概率降低。在某些情况下，由于很多TDD通信系统都保留有特定的上行接入时隙窗口，例如TD-SCDMA和802.16D等通信系统，上行接入时隙窗口可能会受到干扰，例如由于大气波导效应导致的远距离同频干扰现象等，此时上行接入时隙窗口受到严重干扰，采用现有的方法基站通过匹配滤波检测不能检测出相关峰，从而基站不会响应终端的上行接入请求。如果终端发现自己发送的上行接入试探序列得不到基站的响应，会加大发射功率重新发射，而对于距离基站比较远的终端，可能其发射功率已经达到上限，而基站仍然不能正确检测上行接入试探序列，因此降低了基站的覆盖范围，增加了呼入的失败率。

鉴于上述，实有必要设计一种能够在存在干扰的情况下检测出上行接入试探序列的方法，以便基站能够在存在明显干扰的情况下可靠地检测出上行接入试探序列并把干扰引起的影响降低到最小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在TDD通信系统中，基站如何在存在干扰的情况下检测出终端发射的上行接入试探序列。

为达到上述目的，本发明提出一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法，主要包括如下步骤：

步骤1：在上行接入时隙窗口内对接收到的当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行检测，并保存检测结果；

步骤2：将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消处理；

步骤3：对干扰抵消处理的结果进行联合判决，寻找出上行接入试探序列，且同时测量该上行接入试探序列的功率、位置及编号。

进一步地，所述步骤2包括：

步骤21：在当前信号帧的检测结果上减去与其相邻的前一信号帧的检测结果；或者步骤21a：采用窗口滤波器对与当前信号帧相邻的前一信号帧的检测结果进行滤波处理，在当前信号帧的检测结果上减去经过所述滤波处理得到的结果；

步骤22：对相减结果进行去直流及去负值的预处理。

进一步地，所述步骤22包括：

步骤221：在相减结果中每一点的功率值上减去上行接入试探序列的功率的均值，即去直流处理；

步骤222：将去直流处理中结果为负值的点赋值为0；即去负值处理。

进一步地，对于上行接入试探序列的数目为若干个的TDD通信系统，例如SCDMA通信系统中上行接入试探序列的数目为1个，在TD-SCDMA通信系统中上行接入试探序列的数目为8个等等；步骤1为，在上行接入时隙窗口内的不同位置对接收到的所有当前信号帧及所有与其相邻的前一信号帧进行检测，并保存检测结果；步骤2为，将所述每一个当前信号帧的检测结果及与其对应的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消处理；步骤3为，对所有干扰抵消处理的结果组成的集合进行联合判决。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤31：在干扰抵消处理的结果组成的集合中寻找最大值；其中，该集合由采用不同的上行接入试探序列且在上行接入时隙窗口内的不同位置进行检测及干扰抵消处理后得到的干扰抵消处理结果组成；

步骤32：当该最大值大于第一门限值或该最大值与集合中所有结果的平均值之比大于第二门限值时，则将该最大值所对应的信号帧作为上行接入试探序列。

进一步地，步骤1中进行的检测为匹配滤波检测，即滑动相关检测。

为达到上述目的，本发明又提出一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测系统，包括：

接收模块，用于在上行接入时隙窗口接收信号帧；

检测模块，用于接收接收模块的输出，并对当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行检测及保存检测结果；

干扰抵消模块，用于接收检测模块的输出，并对当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消；

联合判决模块，用于接收干扰抵消模块的输出，并对干扰抵消处理的结果进行联合判决；及

判决及测量模块，用于接收联合判决模块的输出，并根据联合判决的结果确定上行接入试探序列，且同时测量该上行接入试探序列的功率、位置及编号。

其中，所述干扰抵消模块包括：减法器和预处理模块；

所述减法器，用于接收检测模块的输出，并将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行减法运算，或将当前信号帧的检测结果及经过窗口滤波器滤波的前一信号帧的检测结果进行减法运算；

所述预处理模块，用于接收减法器的输出，并对减法器输出的结果进行去直流及去负值的预处理。

与现有的TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法相比，本发明通过将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消的处理，有效地提高了在受到稳定干扰的情况下基站对上行接入试探序列的检测概率，从而使基站能够在存在明显干扰的情况下可靠地检测出上行接入试探序列并把干扰引起的影响降低到最小。

附图说明

图1为一种公知的TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法的流程示意图；

图2为SCDMA通信系统中下行时隙与上行时隙的交换示意图；

图3为SCDMA通信系统中上行接入时隙窗口受到干扰时基站物理层的原始数据采样示意图；

图4为SCDMA通信系统在存在干扰的情况下基站采用现有的检测方法对上行接入试探序列的匹配滤波结果示意图；

图5为本发明所述检测方法的流程示意图；

图6为SCDMA通信系统在存在干扰的情况下采用本发明所述的检测方法将当前信号帧及与其相邻的前一信号帧的匹配滤波检测结果相减的结果示意图；

图7为图6中SCDMA通信系统采用本发明所述的检测方法对相减结果进行去直流及去负值后的结果示意图；

图8为TD-SCDMA通信系统的时隙结构示意图；

图9为本发明所述检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施做进一步详细的说明。

很多情况下，干扰信号是稳定的，如在大气波导条件下，远处基站的信号到达本地基站的幅度和时间都比较固定，在基站的相邻两帧变化不大。而上行接入试探序列是一种突发短序列，终端不会连续发射，即使接入不成功终端也会采用特定的回退机制等待几帧后再重新发射，因此在上行接入时隙窗口，干扰是平稳的，而有用信号是突发的。更具体地说，干扰信号在相邻两帧基本不变，而上行接入试探序列一定是前一帧没有而后一帧才有，很少有两个上行接入试探序列在距离基站相同的距离，在前后两帧发送，这个概率非常低。因此可以根据信号和干扰的特性，在时域上把前后两帧信号相减，通过相减去掉干扰，保留有用信号。然而在实际测试中发现，尽管前后两帧信号的干扰幅度及分布时隙变化不大，但干扰信号的相位和同步点还是有一些变化，因此不能把原始信号直接相减。本发明所采取的解决办法是对上行接入信号的检测结果进行相减；通过相关处理仅保留信号的能量信息，而不保存信号的相位信息，另外干扰信号的功率一般变化不大，通过相减，基站可以很好地检测出上行接入试探序列。

本发明所述的上行接入试探序列的检测方法与现有的检测方法相比，增加了一个步骤。即，原来的检测方法是对滑动相关检测的结果直接进行联合判决处理，而本发明所述的方法是把当前信号帧的匹配滤波检测结果与前一信号帧的匹配滤波检测结果做相减，或把当前信号帧的匹配滤波检测结果与经过滤波的前一信号帧的匹配滤波检测结果做相减。采用现有的检测方法计算出的结果能量相关峰都是正值的，而采用本发明所述的方法将两帧检测结果相减后，必然会导致很多位置出现负值，因此需要对相减后的结果做去直流及去负值的预处理，然后才能采用与现有的检测方法相同的处理方式进行联合判决，给出是否存在上行接入试探序列，如果存在，测量出上行接入试探序列的位置、编号及功率信息。

在SCDMA通信系统中，如图2所示，其下行与上行间的保护时隙Gard所对应的时间为312.5us，对应的保护距离超过90km已经在视距以外，通常情况下不会发生远距离同频干扰问题。但在某些特定地形和天线情况下，远处基站的下行信号会传播超过300km的距离，对本地基站造成干扰。基站上行时隙最开始的部分为Syncl，即上行接入时隙，因此，如果远距离基站信号对本地基站信号产生干扰，将会导致上行接入时隙受到干扰，终端接入困难。在发生远距离同频干扰情况下，基站物理层原始信号的采样数据如图3所示。在图3中，横坐标为采样点，SCDMA通信系统中每帧信号共有2048个码片(chip)，采用8倍过采样，结果有16384个采样点；纵坐标为采样值，目前基站采用12位模数转换，最高输出值为2048。在SCDMA通信系统中，每帧信号最开始为4个符号的保护时隙，保护时隙后面是4个符号的上行接入时隙，正常情况下此时隙是空的，仅有0.4％的帧存在上行接入信号。由于图3所示的基站受到干扰，因此上行接入时隙内的信号功率已经饱和，因此此时终端接入非常困难。采用现有的检测方式基站对存在上行接入试探序列的物理帧中对应的上行接入试探信号进行匹配滤波检测，结果如图4所示。图4描述了在存在干扰的情况下基站对上行接入试探序列进行匹配滤波检测的结果。其中前一帧信号没有上行接入试探序列，而后一帧信号中存在上行接入试探序列。从图4中可以看出，前后两帧信号在采样点61附近的位置都存在一个明显的相关峰。

为了抵消干扰的影响，检测出上行接入时隙中当前信号帧内的有用信号，下面结合图5说明将本发明所述检测方法应用到SCDMA通信系统中的主要步骤。其中，采用本发明所述的检测方法，SCDMA通信系统的基站可以在干扰信号大于上行接入试探序列15dB的情况下顺利地检测出终端发射的上行接入试探序列，从而使终端可以顺利地进行呼叫建立。

步骤1：基站在上行接入时隙窗口内对其接收到的当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行匹配滤波检测，并保存匹配滤波检测结果；

其中上述匹配滤波检测的结果为一条相关曲线，纵坐标的值即为采用一组特定的序列与接收信号做匹配滤波后每个采样点的功率值。

步骤2：基站采用窗口滤波器对与当前信号帧相邻的前一信号帧的匹配滤波检测结果进行滤波处理；

步骤3：基站在当前信号帧的匹配滤波检测结果上减去窗口滤波处理的结果；相减结果如图6所示；

本发明中基站对与当前信号帧相邻的前一信号帧的匹配滤波检测结果做窗口滤波的主要原因是：由于采样点误差和同步误差，某些干扰引起的强相关峰在相邻的两信号帧之间通过直接相减不能完全抵消掉；尽管通过直接相减可以抵消大部分能量，但由于干扰的幅度很大，而上行接入试探序列的幅度很小，基站还是不能正确地检测出上行接入试探序列；为了降低同步误差的影响，本发明采用对前一帧信号的匹配滤波检测结果做了低通滤波的处理，从而可以更有效地抵消干扰信号带来的影响。在当前信号帧的匹配滤波检测结果基础上减去前一信号帧的窗口滤波的结果，由于干扰在两帧信号之间相对不变，对匹配滤波检测结果相减理想情况下可以消除干扰的影响。当然，所属技术领域的技术人员应当知道，如果干扰信号很弱，对基站的上行接入时隙的干扰不算强，则基站也可以不对与当前信号帧相邻的前一信号帧的匹配滤波检测结果做窗口滤波处理，而是直接在当前信号帧的匹配滤波检测结果上减去与其相邻的前一信号帧的匹配滤波检测结果，同样可以达到消除干扰影响的目的。

在图6中，本实施例步骤2中的窗口滤波器采用的是一个3点的FIR滤波器，滤波器系数为(0.3，1，0.3)。经过相减处理后可以看到在图6的采样点101附近有一个明显的相关峰，这个相关峰即是我们真正要检测的上行接入试探序列。由于相减，造成图6所示的结果中有很多点的值都是负值，而相关结果一般都是正值。另外，负值对随后的联合判决中计算峰均比不利，因此需要对图6所示的相关相减的结果做去直流和去负值运算，经过这两步运算结果后信号如图7所示。

步骤4：基站在相减结果中每一点的功率值上减去上行接入试探序列的功率的均值，即基站做去直流处理；之后，

步骤5：基站将去直流处理中结果为负值的点赋值为0；即基站做去负值处理；去直流及去负值的处理结果如图7所示；

由于对匹配滤波检测结果做了相减处理后，会导致其特性有很多的变化，因此需要对相减的结果做一些处理才能沿用原来的联合判决方法，从而本发明在采用去直流及去负值处理后就可以确保得到的结果和采用现有的检测方法得到的结果具有相同的特性，从而使本发明可以采用与现有的检测方法相同的联合判决方法。

步骤6：基站在去直流和去负值处理后的结果中寻找最大值；并判断该最大值与所有结果的平均值之比是否大于一门限值，若是，则将该最大值所对应的信号帧作为上行接入试探序列，且同时测量该上行接入试探序列的功率、位置及编号。当然所属领域的技术人员应当知道，本发明并不限于峰均比的联合判决策略，在步骤6中，基站也可通过判断该最大值是否大于另一门限值来寻找上行接入试探序列。

在SCDMA通信系统中，由于仅存在一个可能的上行接入试探序列，因此联合判决处理仅需要对一个结果做判决。由于经过相减处理，匹配滤波检测结果与原来的检测结果有所不同，因此在SCDMA通信系统中某些联合判决的门限可能需要改变。在实际测试中发现，如果采用峰均比作为判决门限，需要把峰均比门限相对现有的门限上调2dB左右，如果采用相关峰最大值作为门限，需要将最大值门限相对现有的门限降低2dB左右，便可以达到理想的检测结果。

在TD-SCDMA通信系统中，其时隙结构图如图8所示，下行与上行间的保护时隙GP所对应的时间为75us，因此，如果远处基站信号到达本地基站的时延超过75us，则远处基站的下行信号会干扰本地基站的上行信号，从而造成干扰。图8中，DwPTS为下行导频时隙，是一个已知的96bit序列；GP为下行与上行间的保护时隙，对应的时间为75us，且对应96bit，对应的保护距离大约为22.5km；UpPTS为上行专用接入时隙，即上行接入时隙。当22.5km以外的基站信号传播到本地基站的天线口时，会对本地基站的上行接入时隙造成干扰，随着干扰基站距离的拉远，当干扰基站距离在45km以外时，其下行导频DwPTS会完全落在本地基站的上行接入时隙UpPTS中，从而导致终端接入困难。在实际的宏蜂窝组网系统中，基站高度往往在50m，远高于周围建筑，45km以外的信号还很强，因此这种干扰非常普遍。在这种情况下，由于下行导频干扰上行接入时隙的干扰信号已知，并且变化非常慢，基站特别适合采用本发明所述的方法对上行接入试探序列进行检测。在TD-SCDMA通信系统中，每个小区有8种可能的上行接入试探序列，因此基站需要对8个匹配滤波检测结果分别做滤波、相减、去直流及去负值处理后，然后再进行联合判决，其具体检测过程和中间结果与SCDMA通信系统中的应用类似，在此不再赘述。但值得注意的是，在联合判决过程中，由于每个TD-SCDMA小区有8种可能的上行接入试探序列，因此，基站在进行联合判决时，需要在8组去直流及去负值处理后的处理结果组成的集合中寻找最大值；其中，该集合由采用不同的8种上行接入试探序列且在不同位置进行检测及干扰抵消处理后得到的干扰抵消处理结果组成。

另外，本发明所述的上行接入试探序列检测系统的结构示意图如图9所示。该检测系统包括：

接收模块，用于在上行接入时隙窗口接收信号帧；

检测模块，用于接收接收模块的输出，并对当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行检测及保存检测结果；

减法器，用于接收检测模块的输出，并将当前信号帧的检测结果及经过窗口滤波器滤波的前一信号帧的检测结果进行减法运算；当然，该减法器也可用于将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行减法运算；

预处理模块，用于接收减法器的输出，并对减法器输出的结果进行去直流及去负值的预处理；其中，将减法器和预处理模块统称为干扰抵消模块；

联合判决模块，用于接收预处理模块的输出，并对预处理的结果进行联合判决；及

判决及测量模块，用于接收联合判决模块的输出，并根据联合判决的结果确定上行接入试探序列，且同时测量该上行接入试探序列的功率、位置及编号。

应当指出，本文以上部分以SCDMA通信系统及TD-SCDMA通信系统为例对本发明的具体实施进行了详细的描述，但其仅为本发明的几个较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。对于所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：在上行接入时隙窗口内对接收到的当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行检测，并保存检测结果；

步骤2：将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消处理，具体包括：

步骤21：在当前信号帧的检测结果上减去与其相邻的前一信号帧的检测结果；或者步骤21a：采用窗口滤波器对与当前信号帧相邻的前一信号帧的检测结果进行滤波处理，在当前信号帧的检测结果上减去经过所述滤波处理得到的结果；

步骤22：对相减结果进行去直流及去负值的预处理；

步骤3：对干扰抵消处理的结果进行联合判决，寻找出上行接入试探序列，且同时测量该上行接入试探序列的功率、位置及编号。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤22包括：

步骤221：在相减结果中每一点的功率值上减去上行接入试探序列的功率的均值，即去直流处理；

步骤222：将去直流处理中结果为负值的点赋值为0，即去负值处理。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，对于上行接入试探序列的数目为若干个的TDD通信系统，

步骤1中，在上行接入时隙窗口内的不同位置对接收到的所有当前信号帧及所有与其相邻的前一信号帧进行检测，并保存检测结果；

步骤2中，将步骤1中的每一个当前信号帧的检测结果及与其对应的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消处理；

步骤3中，对所有干扰抵消处理的结果组成的集合进行联合判决。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31：在干扰抵消处理的结果组成的集合中寻找最大值；其中，该集合由采用不同的上行接入试探序列且在上行接入时隙窗口内的不同位置进行检测及干扰抵消处理后得到的干扰抵消处理结果组成；

步骤32：当该最大值大于第一门限值或该最大值与集合中所有结果的平均值之比大于第二门限值时，则将该最大值所对应的信号帧作为上行接入试探序列。

5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，步骤1中进行的检测为匹配滤波检测，即滑动相关检测。

6.一种TDD通信系统中上行接入试探序列的检测系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于在上行接入时隙窗口接收信号帧；

检测模块，用于接收接收模块的输出，并对当前信号帧及与其相邻的前一信号帧进行检测及保存检测结果；

干扰抵消模块，用于接收检测模块的输出，并对当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行干扰抵消，具体包括减法器和预处理模块：

减法器，用于接收检测模块的输出，并将当前信号帧的检测结果及与其相邻的前一信号帧的检测结果进行减法运算，或将当前信号帧的检测结果及对前一信号帧的检测结果采用窗口滤波器进行滤波得到的结果进行减法运算；

预处理模块，用于接收减法器的输出，并对减法器输出的结果进行去直流及去负值的预处理；

联合判决模块，用于接收干扰抵消模块的输出，并对干扰抵消处理的结果进行联合判决；及

判决及测量模块，用于接收联合判决模块的输出，并根据联合判决的结果确定上行接入试探序列，且同时测量该上行接入试探序列的功率、位置及编号。

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